中国农业科学院植保所揭示土壤熏蒸剂异硫氰酸甲酯抑制尖孢镰刀菌生长的作用机制

　　近日，中国农业科学院植物保护研究所土壤有害生物防控创新团队在国际知名期刊《Environmental Pollution》在线发表了题为“Systematic assessment of the antifungal mechanism of soil fumigant methyl isothiocyanate against  Fusarium oxysporum ”的研究论文。该论文解析了土壤熏蒸剂棉隆的有效降解产物异硫氰酸甲酯（MITC）对土传病原真菌—尖孢镰刀菌（ Fusarium oxysporum ）的抑制机理，为土壤熏蒸剂抑制致病真菌的毒性机制提供了有价值的参考。

 

　　土传病害已成为限制高附加值作物生产的重要瓶颈，而土壤熏蒸技术是目前最为有效且稳定的土传病害防控关键技术，但是土壤熏蒸剂抑制土传病原菌的作用机制尚不清楚。因此本研究以MITC为供试药剂，以 F. oxysporum 为研究对象结合转录组测序技术探究MITC对土传病原真菌的作用机制。

 

　　研究发现MITC处理后 F. oxysporum 的细胞壁和细胞膜收缩折叠，液泡增多，线粒体肿胀变形，形状变的不规则，且在细胞质中不均匀分布。MITC处理后， F. oxysporum 菌丝体内抗氧化酶活性（SOD、CAT、POD）、参与三羧酸循环重要酶活性（SDH和MDH）均显著下降，而表征细胞膜脂质过氧化的丙二醛（MDA）含量显著增加。转录组测序结果显示，参与 F. oxysporum 细胞内的物质和能量代谢、信号转导、转运和催化的差异表达基因（DEGs）变化显著。菌丝体内与压力相关的DEGs（膜部件、结合和催化活性）和与环境信息过程相关的DEGs（信号转导和膜部件）均显著下调，而与代谢相关的DEGs（氨基酸代谢、其他氨基酸代谢、碳水化合物代谢和脂质代谢）显著上调。此外，MITC通过影响一些参与菌丝体内几丁质合成酶（CHS1、chitinase和nagZ）、抗坏血酸合成酶（MIOX、AKR1A1、RGN和ASO）、谷胱甘肽代谢 （G6PD、ggt、GST） 、其他抗氧化酶（CYP450、CAT）以及膜转运蛋白（AMT2、ABCB1\CAX）中关键基因的表达来破坏细胞稳态以抑制 F. oxysporum 的正常生长。另一方面 F. oxysporum 也通过上调参与能量合成的基因（如上调TCA中的acnA、CS和LSC2基因的表达）以及清除活性氧的基因（POD）来抵御MITC对自身的侵害，但这最终也不能改变细胞凋亡的结局。我们的研究丰富了土壤熏蒸剂对土传病原真菌的作用机制理论。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所为论文的完成单位，博士生张大琪为第一作者，曹坳程研究员为通讯作者，颜冬冬研究员、王秋霞研究员、李园副研究员、方文生副研究员对该研究工作给予了指导。该研究得到国家自然科学基金、现代农业产业技术体系北京市创新团队和河北省土传病害绿色防控技术创新中心项目的资助。

 

　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.122791.